【正文】 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 36 （ a） (b) 圖 3. 二進制相移鍵控（ 2PSK） 2PSK 是用二進制數(shù)字信號控制載波的兩個相位，這兩個相位通常相隔π（ rad），例如可以用相位π和 0 來分別表示二進制 1 和 0，因此這種調(diào)制也稱為二相相移鍵控。 2FSK 如同兩個不同頻率交替發(fā)送的 ASK 信號，因此 2FSK 信號的時域波形表達式為： ? ? ? ? ? ? tnTtgatnTtgatS n Snn SnF SK 212 c osc os ?? ?????? ???????? ?? ?? 其中 11 2 f??? ， 22 2 f?? ? ， na 是 na 的反碼。 圖 2ASK 信號想干解調(diào)原理框 圖如圖 所示。 2ASK 是利用單極性非歸零碼表示的基帶信號去鍵控一個連續(xù)的載波，使載波時斷時續(xù)的輸出。最佳取樣時刻應選在眼圖張開最大的時刻，此時的信噪比最大。當碼間串擾十分嚴重時，眼圖會完全閉合起來，系統(tǒng)不可能無誤工作，所以必須對碼間串擾進行糾正。除了用專用的精密儀器進 行定量的測量之外，在調(diào)試和維護的工作中，技術人員還希望能用較為簡單的方法和通用的儀器也能宏觀的監(jiān)控系統(tǒng)的性能，其中一個較為有效地方法是觀察接收信號的眼圖。在實際中得到廣泛應用的無串擾波形，其頻域過度特 性是以π /T 為中心，具有奇對稱生余弦形狀，通常稱為升余弦滾降信號，簡稱升余弦信號。本仿真中我編輯的眼圖 GUI 編輯界面如圖 所示，運行后仿真演 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 31 示界面如圖 所示。 眼圖 GUI 編輯界面 重新建立一個新的 GUI 工程，保存為 yantu，在編輯界面中添加四個按鍵，一個文本編輯框，一個按鍵組，三個坐標軸，并設置好相應的參數(shù)，方法同上面講到的一樣這里就不再重復，注意要在主界面中數(shù)字基帶傳輸菜單下的子菜單眼圖的回調(diào)函數(shù)下添加如下程序： h=gcf。 2 .不易提取定時信號，由于它可能出現(xiàn)長的連 0串。 圖 三元碼 編碼原理及仿真 碼 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 30 傳號交替反轉(zhuǎn)碼常記作 AMI 碼。 sanyuanma。差分曼徹斯特（ Manchester）碼也使用中央時刻的電平跳 變來表示信息，但與曼徹斯特（ Manchester）碼不同的是對于信息 1 則前半時間與前一碼元的后半時間電平相同，在中央處再跳變，對于信息0 則前半時間的電平與前一碼元的后半時間電平相反。其編碼規(guī)則為：二進制碼 1 用碼元持續(xù)時間中心點出現(xiàn)躍變來表示，即用“ 10”或“ 01”表示，前半時間的電平與前一碼元后半時間的電平相同。 數(shù)字雙相碼又稱為分相位碼或曼徹斯特（ Manchester）碼。雙極性碼無直流成分，可以在電纜等無接地的傳輸線上傳輸，因此得到了較多的應用。與單極性非歸零碼不同， RZ 碼發(fā)送 1 時高電平在整個碼元期間 T 內(nèi)只持續(xù)一段時間 t，在其余時間則返回 到零電平，發(fā)送 0 時也是用零電平表示。 圖 圖 二元碼編碼原理及仿真波形 單極性非歸零碼是一種最簡單、最常用的基帶信號形式。 二元碼 GUI 編輯界面 這里主要講述幾種常見的二元碼，主要有單極 性非歸零碼、單極性歸零碼、雙極性非歸零碼、雙極性歸零碼、數(shù)字雙相碼、密勒碼、條件雙相碼這幾種二元碼。下面三個波形圖 采用 PCM 編碼原理對一段正弦信號進行波形編碼的圖形顯示，其形象的表示出了波形編碼的過程，清晰的用波形表示出了 PCM 編碼的過程。設置好相關功能鍵的屬性后調(diào)整界面布局，得到如下圖 左圖的編輯界面，運行后就可以得到如下圖 右邊的圖形界面。第二位到第四位 2M 3M 4M 為段落碼，表示信號絕對值位于哪個段落內(nèi)。正負方向各有 8 段線段，由于正負方向的第一段和第二段斜率相同而合成了一條線段，因此從形狀上來看就只有 13 段折線，這條折線就被稱為 A 律 13 折線。抽樣是把連續(xù)模擬信號轉(zhuǎn)換成離散時間連續(xù)幅度的抽樣信號，量化是把離散時間連續(xù)幅度的抽樣信號轉(zhuǎn)換成離散時間離散幅度的數(shù)字信號，編碼是將量化后的信號編碼形成一個二進制碼組輸出。下面三幅圖中非常清晰的表示出了均勻量化和非均勻量的區(qū)別，量化級數(shù)越大，誤差也就越小， 實驗結果與理論 部分 相符合，可見設計的界面合理可用 ，且加深了我們對均勻量化和非均勻量 化的理解。設置好相關功能鍵的屬性后調(diào)整界面布局，得到如下圖 左圖的編輯界面，運行后就可以得到如下圖 右邊的圖形界面。其特性曲線如圖（ b）所示，在國際標準中 ? 取 255。 A=1 時無壓縮， A 越大壓縮越明顯。為了克服這個缺點，實際中往往采用非均勻量化。要滿足條件，則編碼位數(shù)多，設備較復雜。 圖 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 21 量化 在模擬信號進行抽樣后就要對抽樣后的信號進行量化以便于編碼為數(shù)字信號。測試結果如圖 所示。 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 20 圖 在相應的回調(diào)函數(shù)下添寫相關的程序，運行后輸入抽樣頻率后便可以得到相關的仿真波形。 帶通抽樣 在實際中遇到的很 多信號都是帶通信號的，若是采用低通抽樣定理來對信號進行抽樣，肯定是能滿足要求的，但是由于帶通信號存在著下邊帶，就會使 0~ Lf 這一段頻帶得不到利用，若 Lf 較大時，選擇的抽樣頻率也會很高，而且還有很大一段頻帶得不到利用， 這樣顯然不合理，這時可以用到帶通抽樣定理。在抽樣的過程中要滿足抽樣定理。將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的過程中需要我們對模擬信號進行波形編碼。對 比原調(diào)制信號和 DSB 解調(diào)信號可以看出 DSB 解調(diào)信號與原始信號波形無差別，只是幅度大小不同，說明解調(diào)出的波形是正確的。 模擬線性調(diào)制仿真結果 在編寫完相關按鍵功能程序后，保存運行后就可以看到模擬線性調(diào)制解調(diào)的 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 17 相關波形，從中我們可以 非常清晰的看到 AM、 DSB、 SSB 調(diào)制解調(diào)的波形，及其區(qū)別，更加形象的理解了模擬線性調(diào)制的知識點。 close(h)。 圖 圖 圖 所示的演示界面可以由主界面菜單按鍵下的模擬線性調(diào)制菜單鍵進行界面切換得到，同理，這里也需要設置一個返回主界面按鍵。 m(t) twccos )(tSDSB twccos LPF )(0tm 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 15 圖 SSB 信號的濾波法產(chǎn)生 SSB 信號的頻譜可表示為： （ 2）用相移法形成 SSB 信號 SSB 信號的時域表示式為： 用相移法形成單邊帶信號原理框圖如下圖 所示。產(chǎn)生 SSB 信號的方法很多，其中最基本的方法有濾波法和相移法。 DSB 信號只能用相干解調(diào)，其模型與 AM 信號相干解調(diào)時完全相同。相干解調(diào)的關鍵是必須產(chǎn)生一個同頻同相的載波， AM調(diào)制解調(diào)的原理框圖如下所示： DSB 調(diào)制解調(diào) 在幅度調(diào)制的一般模型中，假設濾波器為全通網(wǎng)絡（ ＝ 1），調(diào)制信號中無直流分量，則輸出的已調(diào)信號就是無載波的雙邊帶信號或稱抑制載波雙邊帶（ DSBSC）調(diào)制信號，簡稱雙邊帶（ DSB）信號。 AM 調(diào)制解調(diào) 調(diào)制信號 s(t): m(t)=A(t)cos[wt+?(t)] AM 是指對信號進行幅度調(diào)制。 %關閉主界面顯示 保存后，運行后在主界面窗口中點擊模 擬線性調(diào)制菜單就可以切換到相應的子界面中。 界面切換功能：在主界面中要用到界面切換功能，點擊相應的菜單選項要能切換到相應的 GUI 子界面中，如點擊主界面中的模擬線性調(diào)制菜單選項就要進入模擬線性調(diào)制的子界面中在進行相關內(nèi)容的仿真實驗。 % 去掉坐標系的坐標軸標簽 保存后，打開主界面 運行后 就可以 在可視化窗口中顯示 圖片 。然后 再 編輯對應的 M 文件，在 M 文件中的 OpeningF 函數(shù) 下面添加 如 下代碼： backgroundImage = importdata(‘D:\2021 畢業(yè)論文設計 \MATLAB 仿真\’)。 GUI 主界面 退 出 模擬線性調(diào)制 子 界 面 模擬信號波形編 碼 子 界 面 返 回 返 回 數(shù)字信號基帶傳 輸 子 界 面 返 回 數(shù)字信號的調(diào)制 傳 輸 子 界 面 返 回 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 11 菜單設置 24 主界面中退出按鍵、圖像顯示、界面切換等功能都要在相應的回調(diào)函數(shù)中編寫程序來實現(xiàn)其相應的功能。系統(tǒng) 總體 結構如 下 圖 21所示。其中，模擬線性調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)包括調(diào)幅信號（ AM）的調(diào)制解調(diào)、抑制 載波 雙邊帶信號（ DSB）的調(diào)制解調(diào)、單邊帶信號（ SSB）的調(diào)制解調(diào)。 GUI 的廣泛流行是當今計算機技術的重大成就之一，它以友好性、直觀性、易懂性在軟件編程上被廣泛使用。M文件基本上可以分為 GUI 初始化和回調(diào)函數(shù) 2個部分，控件的回調(diào)函數(shù)可根據(jù)用戶與 GUI 的具體交互行為分別調(diào)用。 Matlab 將所有 GUI 支持的用戶控件都集成在這個環(huán)境中并提供界面外觀、屬性和行為響應方式的設置方法，隨著版本的提高，這種能力還會不斷加強。 Matlab 面 GUI，提供了一個交互式的設計工具 GUIDE。 Matlab 在科研和高?；A課教學中具有明顯優(yōu)勢，是理工科大學生必不可少的工具。工具箱實際上是對 Matlab 進行擴展應用的一系列 Matlab 函數(shù)（即 M文件），可以用來求解各類學科的問題，包括控制系統(tǒng)識別、神經(jīng)網(wǎng)絡、圖像處理、信號處理等。laboratory 兩個詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實驗室）。還有就是這里由于篇幅有限，我只是對通信原理中部分知識做了仿真設計，還有一部分知識在這里沒有涉及到，但那些知識也是通信原理中非常重要的基礎知識，同樣可以在仿真平臺中實現(xiàn)，這里我就不一一闡述。 simulink中是基于一些模塊的連接并設置好模塊中的參數(shù)來達到仿真的目的，類似于實驗室中的具體硬件電路實驗；而 MATLAB GUI 中是在相應的回調(diào)函數(shù)下寫下相關程序代碼來達到實驗仿真的目的。對通信原理的學習中，肯定是離不開通信原理的一些實驗的，但是有時候由于實驗室條件有限，還有一些硬件設 備損壞等原因使得相關實驗難以實現(xiàn)， MATLAB 是美國 MathWorks 公司開發(fā)的一款優(yōu)秀軟件，它成功的解決了這一問題，同時它也廣泛的應用于自動控制、數(shù)學計算、信號分析、信號處理等諸多領域 ,也是國內(nèi)高校和研究部門進行許多科學研究的重要工具。掌握了通 信相關的技術對以后無疑會有廣闊的前景。 MATLAB 中 GUI 設計出的通信原理實驗仿真平臺的界面設計簡單，結構一體化，讓操作者一目了然，對通信原理的知識具有很強的演示性，操作簡單方便，以圖形及動態(tài)仿真演示了通信原理中相關知識中抽象的內(nèi)容及波形，便于我們理解通信原理中相關知識點，提高學習效率。 論文作者： （簽字） 時間： 2021 年 5 月 6 日 指導教師已閱： （簽字） 時間： 2021 年 5 月 6 日 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 3 目 錄 前 言 ................................................................................................................................. 6 設計軟件介紹 .....................................................................................................